小麥籽粒鉛污染來源的同位素解析研究

1、小麥籽粒鉛污染來源的同位素解析研究    2012-08-14     論文導(dǎo)讀:以中國西北地區(qū)某工業(yè)區(qū)為研究區(qū)域，采集大氣降塵、耕層土壤樣品（020 cm），及對應(yīng)農(nóng)田位置的小麥籽粒樣品，用電感耦合等離子質(zhì)譜（ICP-MS）測定鉛元素質(zhì)量比及鉛同位素比率值。 運用普通塊克里金法（Ordinary Kriging）預(yù)測大氣鉛沉降通量分布、耕層土壤.    以中國西北地區(qū)某工業(yè)區(qū)為研究區(qū)域，采集大氣降塵、耕層土壤樣品（020 cm），及對應(yīng)農(nóng)田位置的小麥籽粒樣品，用電感耦合等離

2、子質(zhì)譜（ICP-MS）測定鉛元素質(zhì)量比及鉛同位素比率值。運用普通塊克里金法（Ordinary Kriging）預(yù)測大氣鉛沉降通量分布、耕層土壤和小麥籽粒鉛質(zhì)量比空間分布；結(jié)合二元混合模型計算各污染源對小麥籽粒鉛質(zhì)量比的貢獻率。結(jié)果表明：耕層土壤鉛質(zhì)量比范圍為 21.840.0 mg/kg，平均值為 27.1 mg/kg，高于當(dāng)?shù)赝寥辣尘爸担?1.4 mg/kg），說明耕層土壤受到一定程度的污染。研究區(qū)域小麥籽粒鉛質(zhì)量比范圍為 0.2690.768 mg/kg，平均值為 0.430 mg/kg，超標(biāo)率達 100%。大氣降塵和耕層土壤對小麥籽粒鉛質(zhì)量比的貢獻率分別為 90%99%和 1%10%。通

3、過研究耕層土壤和小麥鉛污染的范圍及程度，探討小麥籽粒鉛污染的來源，解析各污染源的相對貢獻率，可為制定控制食品中重金屬污染，保障食品安全措施提供依據(jù)。鉛是一種有毒重金屬，可通過膳食途徑進入人體，并有可能蓄積達到有害水平。土壤、大氣等介質(zhì)是環(huán)境中鉛的重要載體，也是小麥鉛污染的潛在來源。鉛可通過根部或葉面被植物組織吸收，吸收量與作物種類或品種、器官類型和環(huán)境條件等因素有關(guān)。Zhao 等研究了小麥籽粒中的鉛污染來源，結(jié)果表明收獲貯藏過程中的表層污染可能是小麥籽粒鉛的主要來源，而從土壤中吸收并轉(zhuǎn)移至籽粒的量非常少。谷物作物葉片吸收大氣中的鉛后，轉(zhuǎn)移至籽粒并大量富集，表明大氣污染是谷物籽粒鉛污染的主要來源

4、。為了及時切斷鉛污染途徑，降低危害發(fā)生的概率，定量解析各污染源對小麥籽粒鉛污染的貢獻率顯得尤為重要。鉛在自然界中存在208Pb、207Pb、206Pb 和204Pb 4 種穩(wěn)定性同位素，豐度分別為 51.28%56.21%、17.62%22.10%、20.84%27.48%和 1.04%1.65%。由于204Pb在自然界中豐度較低，測定精度較差，在環(huán)境領(lǐng)域中，一般選擇206Pb、207Pb 和208Pb 三者中任意兩者的豐度比（比率）來解析鉛的來源。因此，鉛同位素比率可作為含鉛物質(zhì)的一種“指紋”，識別鉛的來源。近幾十年來，鉛同位素比率已被廣泛應(yīng)用于考古地球化學(xué)、大氣污染源解析等領(lǐng)域。目前，國內(nèi)

5、外在谷物鉛污染來源解析方面的研究尚處于探索階段，且多側(cè)重定性識別，而定量解析方面的報道較少，尤其是各污染源對小麥籽粒鉛質(zhì)量比的貢獻率方面值得探討。本研究借助 GIS 技術(shù)分析某工業(yè)區(qū)小麥籽粒鉛質(zhì)量比的空間分布，結(jié)合同位素比率分析技術(shù)解析小麥籽粒中的鉛污染源的貢獻率。通過研究土壤及小麥籽粒鉛污染的空間分布及各污染源的相對貢獻率，對控制食品鉛污染，保障食品安全具有重要的意義。材料與方法研究區(qū)域概況研究區(qū)域位于中國陜西西部某工業(yè)區(qū)（東經(jīng) 107°14'，北緯 34°28'），總面積約 42 km2，處于河谷地帶，河谷兩側(cè)地勢較高（海拔約 800 m），中心較低（海

6、拔約 600 m），見圖 1。河流穿過河谷中心，由西北流入東南方向的水庫。該區(qū)域常年盛行西北風(fēng)和東南風(fēng)，屬于暖溫帶半干旱、半濕潤大陸性季風(fēng)氣候區(qū)。該區(qū)有一個鉛鋅冶煉廠，該廠自 2006 年開始從事鉛鋅冶煉，年產(chǎn)粗鉛和粗鋅分別為 33 000 和 66 000 t。樣品采集及預(yù)處理方法通過實地考察，結(jié)合當(dāng)?shù)氐匦魏惋L(fēng)向特點，以鉛鋅冶煉廠為中心，沿著河谷走勢，即西北東南走向進行布點采樣。農(nóng)產(chǎn)品加工工程·第 8 期 趙多勇等：小麥籽粒鉛污染來源的同位素解析研究259圖 1 研究區(qū)域及土壤采樣點分布圖Fig.1 Study area and soil sampling sites大氣降塵：參照

7、潘月鵬等報道的方法，大氣降塵采樣位置如圖 1，在 A1-A8 8 個位置設(shè)置 24 個降塵缸（直徑 15 cm，高度 30 cm）。其中，A1-A4 分別距鉛鋅冶煉廠 4、2.9、2 和 1 km；A5-A8 分別距鉛鋅冶煉廠 1.5、2.6、3.4 和 4.6 km，降塵缸放置高度約 34 m。每個位置放 3個降塵缸，在降塵缸內(nèi)放置聚氨酯泡沫片（PUF 膜，直徑 15 cm，厚 1.35 cm）為代用面采集干沉降。采集周期為 1 個月（2010 年 5 月-2010 年 6 月）。PUF 膜在采樣前后于恒溫恒濕箱內(nèi)（相對濕度 50%，溫度 25）恒溫恒濕 48 h，用十萬分之一天平稱質(zhì)量（精

8、確至 0.01 mg），差減法計算干沉降量，再根據(jù)采樣周期計算干沉降通量。土壤樣品和小麥樣品：采集時間為 2010 年 6 月，將研究區(qū)域劃分成 500 m×500 m 的網(wǎng)格，共采集 30 個土壤樣品（土壤深度：5060 cm），作為背景土壤樣品。在與 A1-A8 對應(yīng)位置采集土壤和小麥樣品，每個點各采 23 個，共采集到 23 個耕層土壤（020 cm）樣品和 23 個小麥樣品（完全成熟）。在、和4 個位置采集耕層土壤樣品，對應(yīng)采集小麥樣品作為對照樣品。所有采樣點用 GPS 定位（圖 1）。在每個采樣點用口徑為 5 cm的取土鉆以“梅花形”采 3 個樣點的土壤；混合均勻后按照四分

9、法獲取足量樣品；剔除植物殘體和石塊，自然風(fēng)干；研磨后過 100 目篩子；混合均勻，裝入聚乙烯塑料袋中備用。小麥樣品收獲后手工清理并分離籽粒，用去離子水清洗 3 遍，38烘干，粉碎后裝入聚乙烯塑料袋中待測。樣品消解方法：大氣降塵、小麥和土壤樣品均采用240/50 型密閉微波消解系統(tǒng)（美國 CEM 公司）進行消解。用剪刀剪下 0.100 g 左右干沉降物質(zhì) PUF 膜樣品，稱質(zhì)量后轉(zhuǎn)移到微波消解管中，加入與土壤消解相同的酸體系，采用逐步升溫的方式消解，消解溫度為 185。消解完成后，用超純水（18.2 M ）定容至 2050 g/kg 待測。分析方法 樣品測定方法鉛質(zhì)量比測定鉛質(zhì)量比用 7500ce 型 ICP-MS（美國安捷倫公司）測定。為保證測定結(jié)果的可靠性，土壤樣品在測定過程中用國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)土壤標(biāo)準(zhǔn)參考樣（GBW08303）進行分析控制。鉛同位素測定鉛同位素比率（206Pb/207Pb 和208Pb/206Pb）測定采用Agilent 7500ce 型 ICP-MS 測定，采用國際標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)SRM981 進行分析控制。本研究 SRM981 測定結(jié)果：結(jié) 論研究區(qū)域大氣和土壤均受到了一定程度的鉛污染；大氣鉛沉降通量與土壤鉛質(zhì)量比具有相似的空間分布特